【本学研究者情報】

〇生命科学研究科　教授　松井広
研究室ウェブサイト

【発表のポイント】

• 脳内の局所環境情報を光ファイバーで読み出す新技術を開発した。
• マウスを用いて、脳内代謝を司る視床下部の環境をファイバーフォトメトリー法^注１で光計測し、てんかんの発展にともなう脳内グリア細胞^注２内のカルシウム、pH、脳血流量のダイナミクスを追跡した。
• グリア細胞の酸性化応答が明らかになり、グリア細胞から神経細胞への作用がてんかん^注３の増悪化に関与する可能性が示唆された。
• グリア細胞活動を制御することで、てんかんに対する新治療法が開拓されることが期待される。

【概要】

ファイバーフォトメトリー法は、動物の生体脳の活動を観察するために開発されてきた技術です。しかし、光ファイバーを伝わる蛍光には、複数の信号が混じり合っているため、これまでは、正しい情報を引き出せませんでした。東北大学大学院生命科学研究科の生駒葉子助教、松井広教授（大学院医学系研究科兼任）らのグループは、蛍光センサータンパク質^注４をグリア細胞に発現させたマウスに対して、光信号解析の新手法を使うことで、脳内で生じる素過程を分離し、脳内グリア細胞内のカルシウム、pH、脳血流量の変化を調べることに成功しました。そこで、この新開発の手法を使って、てんかん発作の発展にともなう、視床下部^注５の局所脳内環境の変化を追跡しました。その結果、視床下部グリア細胞は、てんかん発作の初期はアルカリ化し、てんかん発展時には酸性化することが示されました。てんかん突然死^注６における脳内環境変化も捉え、発作時の生と死を分ける境界反応を見つけることにも成功しました。本研究では、グリア細胞の活動がてんかんの発展と関わることが示され、今後、グリアをターゲットにした新治療の開発が期待されます。

本研究成果は、2022年11月25日付でBrain誌にオンライン掲載されました。

【用語解説】

注1.ファイバーフォトメトリー：
脳深部に光ファイバーを刺し入れて、蛍光信号を計測する方法。本研究では、細胞内のCa²⁺やpHに応じて、蛍光特性が変化する蛍光センサータンパク質を、脳内グリア細胞に人工的に遺伝子発現させたマウスを用いました。

注2.グリア細胞：
脳を構成する細胞の種類。グリア細胞は、大きく分けて、アストロサイト、ミクログリア、オリゴデンドロサイトに分類されます。今回、特にアストロサイトに、蛍光センサータンパク質を特異的に遺伝子発現させましたが、本リリースでは、アストロサイトのことをグリア細胞と表記します。

注3.てんかん：
脳内で過剰な神経活動が発振すると痙攣発作を起こすことがあり、このような発作が繰り返し生じる慢性の神経疾患のことをてんかんと呼びます。日本人の1％はてんかんの有病者で、そのうちの65%の患者は薬で発作を抑えることが可能です。しかし根本的な治癒は、外科的に脳の責任部位を切除する方法だけであり、多くの患者は発作を抑えるために一生薬を飲み続ける必要があります。また、てんかんによる痙攣発作が繰り返されると、次第にてんかんが増悪化することも知られています。

注4.蛍光センサータンパク質：
細胞内の少分子を検出するために、オワンクラゲ由来の緑色蛍光タンパク質（GFP）等を人工的に改変して作成された蛍光タンパク質。

注5.視床下部：
間脳に位置し、内臓の働きや内分泌の働きを支配し、生命現象を司る自律神経系の中枢である脳の領域。体温調節やストレス応答、摂食行動や睡眠覚醒など多様な生理機能を管理し、脳内エネルギー代謝と深く関わります。従来、てんかん研究において視床下部はあまり注目されてきませんでしたが、今回の報告では、視床下部のグリア細胞こそが、海馬で始まった神経発振を増幅するとともに、てんかんの増悪化?可塑性を導く可能性を検証しました。

注6.てんかん突然死：
てんかん患者の中には、外傷や溺死が原因ではなく、突然、予期せぬ死を迎える者がいます。このようなてんかん突然死（SUDEP; Sudden Unexpected Death in EPilepsy）は、てんかん関連死の中で最も多く、年間1,000人に1～2人程度のてんかん患者が死亡しています。しかしながら、なぜてんかん突然死が起こるのかは現在のところ、分かっていません。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

（研究に関すること）
東北大学大学院生命科学研究科
教授　松井 広 （まつい こう）
電話　022-217-6209
E-mail　matsui*med.tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）

（報道に関すること）
東北大学大学院生命科学研究科広報室
担当：高橋　さやか （たかはし　さやか）
電話　022-217-6193
E-mail　lifsci-pr*grp.tohoku.ac.jp
（*を@に置き換えてください）